Rozkład naprężeń w przekroju spoiny
Obliczenia połączeń spawanych to proces projektowania i analizy spoin pod kątem ich wytrzymałości i bezpieczeństwa. Uwzględnia obciążenia, materiał oraz warunki pracy, by zapewnić trwałość i niezawodność.
Aby zacząć budować model obliczeniowy połączenia spawanego należy dokładnie wiedzieć, jak zachodzi proces spawania różnymi metodami. Dzięki temu będziemy wiedzieć o stosowalności naszych obliczeń oraz granicach, o których musimy pamiętać.
Przy łączeniu materiału ze sobą, za pomocą spawania w miejscu spoiny w celu wytopienia materiału zazwyczaj wprowadzamy dużą ilość ciepła. To ciepło sprawia, że metal w obszarze spawania rozszerza się, a kiedy później się ochładza, próbuje skurczyć się z powrotem. Materiał nie może się swobodnie skurczyć z powodu swojej sztywności i obecności chłodniejszych obszarów dookoła spoiny. To prowadzi do „zamknięcia” w metalu naprężeń (napięć).
Dla obliczeń analitycznych projektowania statycznego połączenia spawanego, efekt ten się uwzględnia we współczynniku jakości spoiny oraz współczynniku rodzaju obciążenia.
Geometria spoiny, będąca wynikiem procesu spawania (dokładania materiału) wpływa na przebieg naprężeń w materiale. Ten efekt nazywamy spiętrzeniem naprężeń. Zgodnie z analogią hydrodynamiczną analogią naprężeń, przepływają one jak woda w rzece będąc zaburzonymi w miejscu spoiny, piętrząc się.
W celu niwelowania naprężeń spawalniczych w niektórych przypadkach ogrzewa się materiał do pewnej temperatury i powoli wychładza. Proces ten nazywamy wyżarzaniem odprężającym. Niektórych materiałów nie wolno wyżarzać z uwagi na zmiany struktury krystalicznej (np. gorące pękanie w stopach Aluminium, lub wydzielanie węglików krzemu w przypadku stali nierdzewnych, powodujące korozję międzykrystaliczną)
Poniżej przedstawione zostały prawdopodobne przebiegi linii sił i rozkład naprężeń normalnych.
Rozkład naprężeń w przekroju spoiny czołowej
Rysunek przedstawiający hydrodynamiczną analogię naprężeń w przekroju spoiny czołowej
W spoinie czołowej, naprężenia przepływają z pominięciem wypustu, najważniejsze aby spoina nie miała wgłębień, ponieważ we wgłębieniach następuje spiętrzenie.
Rozkład naprężeń w przekroju spoiny połączenia nakładkowego
Rysunek przedstawiający przepływ naprężeń w przekroju spoiny nakładkowej
Rozkład naprężeń w przekroju spoiny połączenia zakładkowego
Rysunek przedstawiający przepływ naprężeń w przekroju spoiny zakładkowej
Rozkład naprężeń w przekroju dwustronnej spoiny pachwinowej
Rysunek przedstawiający przepływ naprężeń w przekroju spoiny dwustronnej pachwinowej
Rozkład naprężeń w przekroju jednostronnej spoiny pachwinowej
Rysunek przedstawiający przepływ naprężeń w przekroju spoiny jednostronnej pachwinowej
Rozkład naprężeń w przekroju spoiny typu K
Rysunek przedstawiający przepływ naprężeń w przekroju spoiny typu K